在廢水處理中，細(xì)菌起著很大作用，因此確保細(xì)菌在合適的環(huán)境中獲得養(yǎng)分非常重要。
生物處理是污水處理的重要組成部分，在許多行業(yè)中被普遍采用。此二級處理工藝依靠各種細(xì)菌來分解污水中的污染物并對水進行凈化，最終排放到環(huán)境中。常規(guī)生物處理系統(tǒng)采用活性污泥去除水中的有機污染物。但還有許多其它生物處理方法對凈化污水也非常有效，包括固定床系統(tǒng)，如移動床生物反應(yīng)器(MBBR)和膜系統(tǒng)，如膜生物反應(yīng)器(MBR)。各種生物處理方法之間可能存在差異，但保持微生物的健康狀況對于優(yōu)化污水處理工藝中污染物的去除至關(guān)重要。
確保將適當(dāng)數(shù)量的“食物”輸送給微生物，有助于維持生物處理系統(tǒng)的健康。一般采用“食物與微生物比”(food to microorganism)或“F:M比”參數(shù)。當(dāng)F:M比太低時，“食物”不足，微生物就會“挨餓”。如果F:M太高，污水中的有機物含量高，微生物會很快變得不堪重負(fù)，導(dǎo)致污水中污染物的去除不充分。兩種情況都會導(dǎo)致生物處理效率低下，因此有必要找到并保持較佳的F:M平衡，以確保充分去除污染物以符合法規(guī)排放要求。
F:M比通常由兩個常見的檢測值確定。在F:M比參數(shù)中，F(xiàn)(食物)部分是有機污染物含量，一般使用生化需氧量(BOD5)來檢測。5日測試用于檢測當(dāng)細(xì)菌分解有機物質(zhì)時消耗的氧氣，從而間接推斷水中的碳含量。在F:M中，M(微生物)部分一般通過混合液懸浮固體(MLSS)來檢測。這些檢測存在一些缺陷，會導(dǎo)致F:M不適用于有效的工藝控制。用于量化微生物水平的MLSS檢測無法區(qū)分活生物量和死生物量，這不僅使維持較佳F:M比變得非常困難，而且對于理解生物系統(tǒng)的整體健康情況也無法保證。為期5天的BOD檢測速度太慢，無法用于工藝決策。當(dāng)污水處理裝置發(fā)現(xiàn)碳負(fù)荷不平衡時，生物質(zhì)的不健康狀況事實上已持續(xù)了多日。這對于污水負(fù)荷可變的處理裝置尤其是個問題。此外，由于BOD5取決于細(xì)菌的使用，因此缺乏可接受的準(zhǔn)確性和準(zhǔn)確度，且樣品中存在的有毒化合物可能會嚴(yán)重干擾檢測結(jié)果。
對生物質(zhì)的“食物”進行更準(zhǔn)確和有效的監(jiān)測方法是采用總有機碳TOC分析來直接測定污水中的碳含量。與間接BOD測量不同，TOC分析儀直接檢測樣品中的碳含量。檢測更準(zhǔn)確，不存在BOD測試常見的干擾問題。TOC檢測可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成，從而使其成為用于工藝控制和處理優(yōu)化的更有效工具。通過使用TOC分析來檢測生物處理有機物負(fù)荷，處理裝置可以確定“更真實的F:M比”。
案例一
美國一家大型煉油廠實施了一項為期12個月的研究，對在傳統(tǒng)活性污泥生物處理裝置中采用TOC分析來確定“真實F:M比”帶來的優(yōu)勢進行了分析。通過使用TOC分析快速獲得的準(zhǔn)確結(jié)果，該處理裝置能夠快速識別有機物負(fù)荷變化并確定理想的F:M平衡。工廠認(rèn)為，當(dāng)處理裝置在其可接受范圍內(nèi)運行時，去除效率非常穩(wěn)定，且與典型的需氧量測試相比，TOC分析是保持F:M平衡的更有效工具。此外，TOC分析提供的連續(xù)在線數(shù)據(jù)使處理裝置能夠快速調(diào)整流速，并通過確保適當(dāng)數(shù)量的“食物”供給，以使用F:M比，對工藝進行更有效的控制。這減少了生物處理存在的工藝紊亂，并最終節(jié)省了與不良微生物健康狀況相關(guān)的時間和成本。
案例二
除F:M比，TOC分析已成為優(yōu)化污水生物處理營養(yǎng)平衡的有用工具。許多處理裝置要求污水中的碳含量與養(yǎng)分(通常為氮和磷)保持適當(dāng)?shù)钠胶?。美國一家大型飲料廠決定將其傳統(tǒng)的生物處理系統(tǒng)升級為高流量膜生物反應(yīng)器(MBR)系統(tǒng)。雖然這有助于降低工廠的占地面積并改善污水中有機物的去除程度，但由于新上的MBR系統(tǒng)流量大且工廠排放污水中糖負(fù)荷會發(fā)生變化，這就意味著需氧量測試太慢而無法確保生物處理系統(tǒng)的營養(yǎng)平衡。該工廠要求C:N:P養(yǎng)分平衡比為100:5:1，在增加TOC分析后，該工廠能夠跟蹤污水中有機物含量的變化并快速進行工藝調(diào)整。工廠操作人員能夠確定碳含量并調(diào)整添加到污水中的氮，以保持較佳的養(yǎng)分平衡。新的工藝可以連續(xù)地脫除有機物，大大減少了工藝紊亂，每年為工廠節(jié)省數(shù)十萬美元。
傳統(tǒng)上，使用生化需氧量確定廢水處理是否有效。
采用總有機碳TOC分析直接監(jiān)測碳含量，對于嘗試優(yōu)化生物處理工藝的污水處理裝置而言可能是一個強大的工具。與傳統(tǒng)的需氧量測試不同，TOC分析可在幾分鐘內(nèi)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，使操作人員能對工藝快速做出控制決策。使用TOC數(shù)據(jù)保持有效的F:M比或C:N:P養(yǎng)分平衡，可以確保生物處理工藝的優(yōu)化。通過TOC分析來監(jiān)測生物反應(yīng)器的健康狀況，有助于工廠大程度地減少工藝紊亂，有效去除污染物，獲得符合法規(guī)要求的外排水。
作者簡介
Adit Jatkar，蘇伊士旗下水務(wù)技術(shù)與方案——Sievers分析儀產(chǎn)品應(yīng)用專員，獲得普渡大學(xué)化學(xué)學(xué)士學(xué)位，擁有分析儀器和工藝化學(xué)技術(shù)背景，并在水處理和石油化工行業(yè)有豐富的工作經(jīng)驗。
本文原文英文版刊登于《Rocky Mountain Water》2020年9月刊。
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